USB TYPE-C接口的供电电路、接口设备和图形信号发生器.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202022756758.1 (22)申请日 2020.11.25 (73)专利权人 武汉精立电子技术有限公司 地址 430205 湖北省武汉市武汉市东湖新 技术开发区流芳园南路22号 专利权人 武汉精测电子集团股份有限公司 (72)发明人 张博佳 (74)专利代理机构 武汉东喻专利代理事务所 (普通合伙) 42224 代理人 雷霄 (51)Int.Cl. H02M 3/156(2006.01) H02M 1/32(2007.01) G06F 13/40(2006.01) (54。

2、)实用新型名称 一种USB TYPE-C接口的供电电路、 接口设备 和图形信号发生器 (57)摘要 本实用新型公开了一种USB TYPEC接口的 供电电路、 接口设备和图形信号发生器。 该供电 电路， 包括控制模块、 系统电源模块和电源供应 模块， 所述电源供应模块的第一端与所述系统电 源模块连接， 所述电源供应模块的第二端与所述 控制模块连接， 所述电源供应模块的第三端用于 与USB TYPEC接口连接以给USB TYPEC接口供 电或从USB TYPEC接口受电， 所述电源供应模块 包括用于对供电电压进行连续调节的供电电压 调节模块。 本实用新型可以实现电压协商连续可 调， 以支持PD3.。

3、0的接口规范。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 212258787 U 2020.12.29 CN 212258787 U 1.一种USB TYPE-C接口的供电电路， 其特征在于， 包括控制模块、 系统电源模块和电源 供应模块， 所述电源供应模块的第一端与所述系统电源模块连接， 所述电源供应模块的第 二端与所述控制模块连接， 所述电源供应模块的第三端用于与USB TYPE-C接口连接以给 USB TYPE-C接口供电或从USB TYPE-C接口受电， 所述电源供应模块包括用于对供电电压进 行连续调节的供电电压调节模块。 2.如权利要求1所述的一种USB TYPE-C接口的供电电路。

4、， 其特征在于， 所述电源供应模 块还包括供电模块和受电模块， 所述供电模块的第一端与所述系统电源模块的电压输出端 连接， 所述受电模块的第一端与所述系统电源模块的电压输入端连接， 所述供电模块的第 二端与所述控制模块连接， 所述受电模块的第二端与所述控制模块连接， 所述供电模块的 第三端用于与USB TYPE-C接口连接， 所述受电模块的第三端用于与USB TYPE-C接口连接， 所述供电模块的第四端与所述供电电压调节模块的第一端连接， 所述供电电压调节模块的 第二端与所述控制模块连接。 3.如权利要求1所述的一种USB TYPE-C接口的供电电路， 其特征在于， 所述供电电压调 节模块为D。

5、AC芯片。 4.如权利要求1所述的一种USB TYPE-C接口的供电电路， 其特征在于， 所述电源供应模 块的供电电压范围为5V至20V。 5.如权利要求1所述的一种USB TYPE-C接口的供电电路， 其特征在于， 还包括用于控制 所述电源供应模块和USB TYPE-C接口间电路导通或断开的电源方向控制模块， 所述电源方 向控制模块的第一端与所述电源供应模块的第三端连接， 所述电源方向控制模块的第二端 用于与USB TYPE-C接口连接以给USB TYPE-C接口供电或从USB TYPE-C接口受电， 所述电源 方向控制模块的第三端与所述控制模块连接。 6.如权利要求5所述的一种USB TY。

6、PE-C接口的供电电路， 其特征在于， 所述电源方向控 制模块包括第一PMOS管和第二PMOS管， 所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极连 接， 所述第一PMOS管的漏极和所述电源供应模块的第三端连接， 所述第二PMOS管的漏极用 于与USB TYPE-C接口连接， 所述第一PMOS管的栅极、 所述第二PMOS管的栅极均与所述控制 模块连接。 7.如权利要求6所述的一种USB TYPE-C接口的供电电路， 其特征在于， 所述第一PMOS管 的源极、 所述第二PMOS管的源极均通过电阻上拉。 8.如权利要求5所述的一种USB TYPE-C接口的供电电路， 其特征在于， 还包括放电电。

7、 路， 所述放电电路的一端与所述电源方向控制模块的第二端连接， 所述放电电路的另一端 接地。 9.接口设备， 其特征在于， 包括如权利要求1至8的一种USB TYPE-C接口的供电电路。 10.图形信号发生器， 其特征在于， 包括权利要求1至8的一种USB TYPE-C接口的供电电 路。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212258787 U 2 一种USB TYPE-C接口的供电电路、 接口设备和图形信号发 生器 技术领域 0001 本实用新型属于电路技术领域， 更具体地， 涉及一种USB TYPE-C接口的供电电路、 接口设备和图形信号发生器。 背景技术 0002 随着超高清显示接口规范。

8、DP2.0的发布， 规范中规定DP2.0 UHBR13.5， UHBR20这两 种速率的信号都只能使用USB TYPE-C接口传输， 而此种接口同样能支持100W电力传输， 未 来会有更多支持DP2.0的显示设备通过USB TYPE-C接口既传数据同时进行供电， 所以现有 DP2.0设备支持USB PD供电协议是非常重要且必要的。 0003 USB TYPE-C接口在最新的PD3.0规范下能够支持5-20V电压协商连续可调， 100W最 大功率供电受电， 能满足各种大功率设备的需求， 并且由于智能手机、 笔记本等设备的普 及， USB TYPE-C接口的供电功率越来越高， 并且DP2.0规范中。

9、定义DP2.0 20Gbps信号也将使 用USB TYPE-C接口传输， 所以为了能适配未来各种设备， 因此急需一种能适应100W电力输 入输出且支持最新PD3.0规范的USB TYPE-C接口供电电路。 实用新型内容 0004 针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求， 本实用新型提供了一种USB TYPE-C接 口的供电电路、 接口设备和图形信号发生器， 可以实现电压协商连续可调。 0005 为实现上述目的， 按照本实用新型的第一方面， 提供了一种USB TYPE-C接口的供 电电路， 包括控制模块、 系统电源模块和电源供应模块， 所述电源供应模块的第一端与所述 系统电源模块连接， 所述电源供。

10、应模块的第二端与所述控制模块连接， 所述电源供应模块 的第三端用于与USB TYPE-C接口连接以给USB TYPE-C接口供电或从USB TYPE-C接口受电， 所述电源供应模块包括用于对供电电压进行连续调节的供电电压调节模块。 0006 优选的， 所述电源供应模块还包括供电模块和受电模块， 所述供电模块的第一端 与所述系统电源模块的电压输出端连接， 所述受电模块的第一端与所述系统电源模块的电 压输入端连接， 所述供电模块的第二端与所述控制模块连接， 所述受电模块的第二端与所 述控制模块连接， 所述供电模块的第三端用于与USB TYPE-C接口连接， 所述受电模块的第 三端用于与USB TY。

11、PE-C接口连接， 所述供电模块的第四端与所述供电电压调节模块的第一 端连接， 所述供电电压调节模块的第二端与所述控制模块连接。 0007 优选的， 所述供电电压调节模块为DAC芯片。 0008 优选的， 所述电源供应模块的供电电压范围为5V至20V。 0009 优选的， 供电电路还包括用于控制所述电源供应模块和USB TYPE-C接口间电路导 通或断开的电源方向控制模块， 所述电源方向控制模块的第一端与所述电源供应模块的第 三端连接， 所述电源方向控制模块的第二端用于与USB TYPE-C接口连接以给USB TYPE-C接 口供电或从USB TYPE-C接口受电， 所述电源方向控制模块的第三。

12、端与所述控制模块连接。 说明书 1/4 页 3 CN 212258787 U 3 0010 优选的， 所述电源方向控制模块包括第一PMOS管和第二PMOS管， 所述第一PMOS管 的源极和所述第二PMOS管的源极连接， 所述第一PMOS管的漏极和所述电源供应模块的第三 端连接， 所述第二PMOS管的漏极用于与USB TYPE-C接口连接， 所述第一PMOS管的栅极、 所述 第二PMOS管的栅极均与所述控制模块连接。 0011 优选的， 所述第一PMOS管的源极、 所述第二PMOS管的源极均通过电阻上拉。 0012 优选的， 供电电路还包括放电电路， 所述放电电路的一端与所述电源方向控制模 块的。

13、第二端连接， 所述放电电路的另一端接地。 0013 按照本实用新型的第二方面， 提供了接口设备， 包括上述任一项所述的一种USB TYPE-C接口的供电电路。 0014 按照本实用新型的第三方面， 提供了图形信号发生器， 包括权上述任一项所述的 的供电电路。 0015 总体而言， 本实用新型与现有技术相比， 具有有益效果： 0016 （1） 通过采用供电电压调节模块， 例如通过DAC芯片来控制DC-DC升压模块实现了 输出电压连续可调， 以支持PD3.0规范中规定的电压连续可调功能； 0017 （2） 通过使用通用的DC-DC电源芯片从而让接口的电力供应不受专用芯片的限制， 从而可以实现100。

14、W的供电； 0018 （3） 此电路方案不仅可以通过接口对外供电并且能接受外部提供的电力， 实现双 向供电受电； 0019 （4） 电路并未使用专用的PD3.0规范的供电芯片但是也实现了PD3.0规范的输出电 压连续可调功能， 从而扩大了芯片选择的范围并且降低了电路成本； 0020 （5） 电路控制方式简单， 不会增加太多额外的软件成本。 附图说明 0021 图1是本实用新型实施例的供电电路的示意图； 0022 图2是本实用新型另一实施例的电源供应模块的示意图； 0023 图3是本实用新型另一实施例的供电电路的示意图； 0024 图4是本实用新型另一实施例的电源方向控制电路的示意图。 具体实施。

15、方式 0025 为了使本实用新型的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施 例， 对本实用新型进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅用以解释本 实用新型， 并不用于限定本实用新型。 此外， 下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉 及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 0026 本实用新型实施例的一种USB TYPE-C接口的供电电路， 如图1所示， 包括控制模 块、 系统电源模块和电源供应模块， 电源供应模块的第一端与系统电源模块连接， 电源供应 模块的第二端与控制模块连接， 电源供应模块的第三端用于与USB TYPE-C接口连接以给 US。

16、B TYPE-C接口供电或从USB TYPE-C接口受电， 电源供应模块包括用于对供电电压进行连 续调节的供电电压调节模块。 0027 控制模块接收识别到的电源参数， 根据电源参数控制电源供应模块， 电源参数用 说明书 2/4 页 4 CN 212258787 U 4 于描述需向USB TYPE-C接口供电还是需从USB TYPE-C接口受电， 以及供电所需的供电电 压。 电源参数识别可以采用专用PD芯片或者自行设计的电源参数识别电路。 0028 电源供应模块接收控制模块的控制信号， 并根据控制信号向USB TYPE-C接口供电 或者从USB TYPE-C接口受电。 0029 电源供应模块包括。

17、供电电压调节模块。 与现有技术中USB TYPE-C供电电路不同的 是， 供电电压调节模块可以实现对供电电压的连续调节， 即在预设的供电电压范围内连续 可调节， 而并非只提供几档电压。 供电电压调节模块的具体实现方式可以灵活设计， 例如采 用DAC芯片， DAC芯片的一端与供电电压调节模块连接， DAC芯片的另一端与控制模块连接。 控制模块控制DAC芯片来实现对供电电压的连续可调节。 还可以采用通过数字基准源调节。 0030 优选的， 如图2所示， 电源供应模块还包括供电模块和受电模块， 供电模块的第一 端与系统电源模块的电压输出端连接， 受电模块的第一端与系统电源模块的电压输入端连 接， 供。

18、电模块的第二端与控制模块连接， 受电模块的第二端与控制模块连接， 供电模块的第 三端用于与USB TYPE-C接口连接， 受电模块的第三端用于与USB TYPE-C接口连接， 供电模 块的第四端与供电电压调节模块的第一端连接， 供电电压调节模块的第二端与控制模块连 接。 0031 优选的， 供电模块为DC-DC升压模块， 例如DC-DC电源芯片， 受电模块为DC-DC降压 模块， 例如DC-DC电源芯片。 0032 优选的， 控制模块为FPGA芯片。 0033 优选的， 电源供应模块包括使能控制电路、 供电模块和受电模块， 使能控制电路控 制供电模块和受电模块是否工作。 使能控制电路可以是多端。

19、开关电路， 供电模块的第三端 不直接与USB TYPE-C接口连接， 而是通过开关电路USB TYPE-C接口， 控制模块通过控制开 关电路的切换来实现供受电控制。 供电模块的第一端与系统电源模块的电压输出端连接， 受电模块的第一端与系统电源模块的电压输入端连接， 供电模块的第二端与开关电路的第 一端连接， 受电模块的第二端与开关电路的第二端连接， 开关电路的第三端用于与USB TYPE-C接口连接， 开关电路的第四端与控制模块连接， 供电模块的第三端与供电电压调节 模块的第一端连接， 供电电压调节模块的第二端与控制模块连接。 0034 优选的， 供电电压调节模块为DAC芯片， DAC芯片一端。

20、连接控制模块， 另一端连接供 电模块控制供电模块的输出电压。 DAC为数模转换芯片， FPGA通过获取电源参数识别电路传 递过来的电压协商信息， 再通过IIC或者SPI总线对DAC芯片设置， 从而调节DC-DC芯片的输 出至协商的电压， 从而能够控制电源供应模块的输出电压达到通过USB TYPE-C接口连接的 从机端需要的电压。 0035 优选的， 电源供应模块的供电电压范围为5V至20V， 满足PD3.0规范。 0036 优选的， 如图3所示， 供电电路还包括用于控制电源供应模块和USB USBTYPE-C接 口间电路导通或断开的电源方向控制模块， 电源方向控制模块的第一端与电源供应模块的 。

21、第三端连接， 电源方向控制模块的第二端用于与USB TYPE-C接口连接以给USB TYPE-C接口 供电或从USB TYPE-C接口受电， 电源方向控制模块的第三端与控制模块连接。 0037 控制模块向电源方向控制模块发送控制信号， 以控制电源供应模块和USB USBTYPE-C接口间电路导通或断开。 电源方向控制模块可以在不对外供电或受电时将电源 供应模块和USB TYPE-C接口完全隔离， 防止外部电流反灌到内部。 控制模块先通过电源参 说明书 3/4 页 5 CN 212258787 U 5 数识别电路获取USB TYPE-C接口所需要的电力和需要的传输方向， 再控制电源方向控制模 块。

22、切换至导通状态， 最后控制电源供应模块调节到合适输出电压， 或者接收接口输入的宽 范围电压的电力。 0038 优选的， 如图4所示， 电源方向控制模块优选包括双MOS开关控制结构， 具体是包括 第一PMOS管 （PMOS管A） 和第二PMOS管 （PMOS管B） ， 第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极连 接， 第一PMOS管的漏极和电源供应模块的第三端连接， 第二PMOS管的漏极用于与USB TYPE- C接口连接， 第一PMOS管的栅极、 第二PMOS管的栅极均与控制模块连接。 PMOS管A和PMOS管B 的栅极可以根据需要灵活设置电阻R1和R3。 0039 PMOS管A和PMOS管。

23、B都受FPGA的控制， 并同时开启或关闭， 关闭时， PMOS管A能够切 断左边可调输出电源的电力， 放置对外放电， PMOS管B能够防止接口外部高电压反灌至接口 内； 在协商好开启供电或接受外部供电时， PMOS管A和PMOS管B双向导通， 电源可通过此结构 输出也能通过此结构输入。 控制模块控制电源方向控制模块的控制信号包括高电平信号和 低电平信号， 当该控制信号为高电平信号， 电源供应模块和USB TYPE-C接口间的通道断开， 当该控制信号为低电平信号， 电源供应模块和USB TYPE-C接口间的通道导通。 0040 优选的， 第一PMOS管的源极、 第二PMOS管的源极均通过电阻R2。

24、上拉。 0041 优选的， 供电电路还包括放电电路， 放电电路的一端与电源方向控制模块的第二 端连接， 放电电路的另一端接地。 作用是当主机或从机需要切断电力供应时， 及时将USB TYPE-C接口VBUS电源线多余的电荷释放到GND平面， 这样能够让VBUS电源线上的电压快速 恢复至0V， 避免残留电荷造成静电等不安全因素。 0042 优选的， 放电电路为NMOS管。 NMOS管的漏极与电源方向控制模块的第二端连接， 第 三MOS管的栅极接控制模块， NMOS管的源极接地。 如果控制模块的输出电压低， 不足以驱动 NMOS管， 栅极可通过一个三极管控制电路间接与控制模块连接， 控制模块通过三。

25、极管控制 电路驱动NMOS管。 0043 本实用新型实施例的接口设备， 包括上述任一实施例的一种USB TYPE-C接口的供 电电路。 接口设备的实现原理、 技术效果与上述方法类似， 此处不再赘述。 接口设备还可以 包括USB TYPE-C接口。 0044 本实用新型实施例的图形信号发生器， 包括上述任一实施例的一种USB TYPE-C接 口的供电电路。 图形信号发生器的实现原理、 技术效果与上述方法类似， 此处不再赘述。 0045 本领域的技术人员容易理解， 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已， 并不 用以限制本实用新型， 凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改 进等， 均应包含在本实用新型的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 212258787 U 6 图1 图2 图3 说明书附图 1/2 页 7 CN 212258787 U 7 图4 说明书附图 2/2 页 8 CN 212258787 U 8 。